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基于BochaoEES动态可视化变电站防雷设计

文档作者：屈亚军1，陈泽群2 文档来源： 1. 陕西省地方电力设计有限公司 2.宝鸡供电分公司，		更新日期： 2026年05月24日	点击数：
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·25· | 研究成果 | Research Findings 2017 年 10 月
基于BochaoEES 动态可视化变电站防雷设计
屈亚军1，陈泽群2
（1. 陕西省地方电力设计有限公司，陕西 西安 710065；2. 宝鸡供电分公司，陕西 宝鸡 721000）
摘 要：电站防雷设计是变电站设计中的重要环节，一般按规程要求使用折线法，利用折线法手工计算确定避雷针位置
及保护范围繁琐且易出错，需要耗费大量的时间和精力。Bochao 电气计算软件EES 防雷计算模块，在利用线性插值替代
折线法查表计算的基础上，可实现动态可视化变电站防雷设计，提高了设计的质量与效率。文章详述了EES 软件防雷设
计原理，并以陕南一座110kV 变电站防雷设计为例予以说明。
关键词：防雷设计；折线法；线性插值；动态可视化
中图分类号：TU856 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2017）10-0025-02
直击雷防护的计算数学模型复杂，计算繁琐，不能直
接看到保护结果，这些问题严重制约了直击雷防护程序设
计的正确性和效率。计算机技术提供了解决直击雷防护
设计的手段，为减少电气设计人员的劳动强度，使其摆
脱繁琐的计算，提高电气设计的质量和效率成为可能[1-2]。
商业化防雷电气计算软件有其各自不同的特点和侧重面，
不能使完全使设计人员突破防雷设计的传统模式，不能
很好的满足设计人员的需要[3]。Bochao EES 防雷计算模
块的使用，改变了原有设计习惯—利用人工或计算器计
算避雷针保护范围后，利用CAD 绘制，观察判断保护范
围是否满足要求，若不满足则重新计算保护范围与绘制
CAD 曲线，直至满足要求为止[4]。文章在折线法的基础上，
利用EES 防雷计算模块，通过线性插值替代折线法查表
环节，动态可视化实现变电站防雷设计。并以陕南一座
110kV 变电站变电站防雷设计为例予以说明。
1 折线法
折线法[5] 是现行规程中变电站防雷计算依据。EES
防雷计算模块也是在此基础上予以实现的。不等高双针
以及多针均是在单针与等高双针方法上计算确定。因此
折线法此处仅介绍单针与等高双针保护范围的计算过程。
1.1 单支避雷针的保护范围（见图1）
（1）避雷针在地面上的保护半径，应按下式计算：
r＝1.5hP （1）
式中： r 为保护半径； h 为避雷针的高度；P 为高度
影响系数。
图1 单支避雷针的保护范围
（2）在被保护物高度x h 水平面上的保护半径应按下
列方法确定：当0.5 xh ≥ h时，满足下列公式。
（2）
式中： x r 为避雷针在水平面上的保护半径； x h 为被保
护物的高度； a h 为避雷针的有效高度。
当0.5 xh < h时，满足下列公式。
（3）
（h ≤ 30m时，θ＝45°）
1.2 两支等高避雷针的保护范围（见图2）
两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确
定；两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上
部边缘最低点O 的圆弧确定，圆弧的半径为O R′ 。O 点为
假想避雷针的顶点，其高度应按下式计算：
0 -
7
h h D
P
＝ （4）
式中： 0 h 为两针间保护范围上部边缘最低点高度；D
为两避雷针间的距离。
图2 高度为h 的两等高避雷针的保护范围
图3 两等高h 避雷针间保护范围的一侧
最小宽度x b 与/ a D h P的关系
两针间x h 水平面上保护范围的一侧最小宽度应根据
曲线图确定（见图3）。求得x b 后，绘出两针间的保护范围。
（a） / 0 ~ 7 a D h P = （b） / 5 ~ 7 a D h P =
2 EES 可视化防雷实现
EES 防雷计算模块，利用LISP 语言实现CAD 嵌入
式开发，在CAD 平台上实现了防雷设计的可视化处理。
在EES 防雷模块中输入避雷针高度与保护范围参数的前
提后，在CAD 图纸上通过鼠标定位避雷针放置位置，在
CAD 图纸上生成相应避雷针及避雷针保护范围。若移动
避雷针，保护范围轮廓线可随之移动。两个避雷针多针保
护时，两个避雷针之间的联合保护范围，自动在CAD 图
纸上生产。移动其中一个避雷针时，两个避雷器的联合
保护范围自动在CAD 上变化。
计算机实现上述过程时，需要利用插值手段。EES
防雷模块通过线性插值实现上述方法。以下介绍线性插
值算法计算联合保护算法原理。首先计算/ a D h P ；其次根
据计算结果确定/ a D h P 以及10 / x h h位于哪两个相邻整数之
间，分别令之为：
1
a
X D
h P
=
 
 
  （5）
DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2017.10.012
2017 年 10 月 Research Findings | 研究成果 | ·26·
Dynamic Visual Substation Lightning Protection Design Based on BochaoEES
Abstract：Substation lightning protection design is an important link of substation design. Procedures require the use of
line method generally. Manually calculating and determining the lightning rod and scope of protection is tedious and errorprone.
Bochao company electrical calculation software EES lightning protection calculation module can realize the dynamic
visualization of the transformer substation lightning protection design by lnear interpolation instead of the line look-up table
method method, improving the design quality and efficiency. This paper details the EES software lightning protection design
principle and makes an 110kV substation lightning protection design in Shannxi province as an example.
Keywords：Lightning protection design;The line method;Lnear interpolation;Dynamic visualization
Qu Yajun1,Chen Zequn2
(1.Shanxi Regional Electric Power Design Co.,Ltd, Shanxi Xi’an 710065;2.Baoji Power Supply Branch, Shanxi Baoji 721000)
2 1
a
X D
h P
 
  +
 
= （6）
1
10 x h
Y
h
= 
  （7）
2
0
1
1 x h
Y
h
 +  
= （8）
将曲线/ a D h P 为整数时对应坐标点以表格形式预存至
计算机，此时曲线对应表，可得：
(X1 , 1 ) ( )
a
Y
D
h P
a f
 
=  
  （9）
(X2 , 1 ) ( )
a
Y
D
h P
b f
 
=  
 
（10）
(X1 , 2 ) ( )
a
Y
D
h P
c f
 
=  
 
（11）
(X2 , 2 ) ( )
a
Y
D
h P
d f
 
=  
 
（12）
曲线取1 Y 情况下横向插值，得：
1 1 ( x ) ( )( X ) a
Y
a a
b D b a
h P h P
= − − + （13）
1 Y 情况下横向插值，得：
2 1 ( x ) ( )( X )
Y
a a
b D d c c
h P h P
= − − + （14）
纵向插值后：
（15）
（16）
至此双针联合保护范围一侧最小宽度确定。
3 工程实例
此处以陕南一座110kV 变电站防雷计算为例予以说
明该110kV 变电站设计在变电站典型设计的基础上予以
了调整。首先利用EES 防雷绘制变电站典型设计防雷图，
根据典型设计图纸中避雷针高度及被保护电气设备构建
高度，利用鼠标在CAD 图纸中将避雷针放置在变电站典
型设计确定的位置上，避雷针保护范围自动生成。此处
利用110kV 变电站典型设计，采用3 根标高30m 长的避
雷针实现联合保护（见图4）。由于110kV 水源变电站一
次设备布置在典型设计的基础上予以了调整，110kV 门型
构架一角已经超出保护范围（见图5）。需要对避雷针高
度及位置予以调整。
为了减少一次设备的调整，此处将3# 避雷针高度调
整至35m，向东移动0.2m。在EES 防雷模块中，改变3#
避雷针高度，利用CAD 位移命令即可实现。移动后的防
雷图（见图6）可以看出，原有超出保护范围的110kV 门
型构建已经处于保护范围之内（见图7）。
如果采用手工计算保护范围，再利用CAD 绘制变电
站防雷图，则繁琐异常，而且不直观。如果对防雷计算
图4 变电站调整
前防雷布置图
图5 调整前保护范
围与构架关系图
图6 变电站调整
后防雷布置图
图7 调整后保护范
围与构架关系图
不熟悉，往往花费更多时间也不能达到预期效果。
4 结束语
文章在防雷计算折线法的基础上，介绍了基于线性
插值的可视化的变电站防雷设计原理。并利用EES 防雷
模块绘制陕南一座110kV 变电站防雷图。通过工程案例，
说明了EES 可视化防雷设计与传统手工防雷设计相比的
优势，简化了防雷计算，实现了动态可视化，提高了人
员效率，提升了工程质量。
参考文献：
[1] 庞伟生, 李小晖, 樊晓苹, 等. 变电站无线测温技术的应用分析
与研究[J]. 工程技术研究,2016,(8):36+50.
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[3] 刘蔚, 杜丽艳, 杨庆伟. 智能变电站虚回路可视化方案研究与
应用[J]. 电网与清洁能源,2014,30(10):32-37.
[4] 李宝伟, 倪传坤, 李宝潭, 等. 新一代智能变电站继电保护故障
可视化分析方案[J]. 电力系统自动化,2014,38(5):73-77.
[5] 赵春林. 基于三维全景快速建模的变电站可视化的研究和应用
[D]. 山东大学,2013.
作者简介：屈亚军（1987-），男，硕士，研究方向：电气设计、
继电保护。

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